地铁通风空调系统节能研究

1、0引言由于快速、高效、载客量大的特点,地铁现已成为解决城市繁杂交通的重要手段。目前,我国已在北京、上海、广州、深圳等城市修建了多条地铁线路。然而,地铁运行的巨大能耗引起了社会的广泛关注。通风空调系统是地铁的重要组成部分,能耗约占整个地铁用电负荷的45%60%1。地铁空调系统庞大,影响能耗的因素也较多。因此,通过对系统进行全面的分析,提出空调系统在设计运行环节切实可行的节能措施,对减少地铁能耗损失,节约国家能源具有重要意义。1通风空调系统能耗分析1.1通风空调系统的组成地铁通风空调系统包括隧道通风系统、车站公共区空调通风系统(简称大系统、车站设备管理用房通风空调系统(简称小系统、车站空调水系统(

2、简称水系统。该系统又可分为区间隧道通风系统和车站隧道排风系统。区间隧道通风系统主要由隧道风机、风道、组合风阀、消声器组成。其主要功能为:正常运营期间,早晨列车运营前及夜间列车停运后,隧道通风系统进行全线机械通风;正常运营时主要利用活塞效应,排除隧道内的余热余湿,确保隧道内平均温度不超标;列车阻塞在区间隧道时,向阻塞区间提供一定的通风量,保证列车空调器等设备正常运行;列车区间火灾时及时排除烟气和控制烟气流向,为乘客疏散和救援提供条件。车站小系统主要由空调器、送风机、回/排烟风机、阀门、风道组成。其主要功能为:正常运营时,为地铁工作人员提供舒适的工作环境;为设备提供良好的收稿日期:2010-03-

3、12;修回日期:2010-03-23地铁通风空调系统节能研究闻彪,吴庆,洪学新(安徽理工大学,安徽淮南232001摘要:地铁车站通风空调系统的能耗占地铁车站总能耗的45%以上,因此如何有效降低通风空调系统能耗是车站节能的重点。通过对地铁通风空调系统进行系统地能耗分析,提出在空调系统设计阶段,采用优化系统布置、大温差送风的措施,具有较好的节能效果;运行阶段,通过采用通风空调系统中风机、水泵的变频技术,动态节能可达27%78%。关键词:地铁;通风空调;节能;变频中图分类号:TU831文献标志码:A文章编号:1673-7237(201004-0032-03Energy-saving for Vent

4、ilation and Air-conditioning System in Subw ayWEN Biao,WU Qing,HONG Xue-xin(Anhui University of Science and Technology,Huainan232001,Anhui,ChinaAbstract:The method for reducing energy consumption of the ventilation and air-conditioning systems is focused,because the energy consumption caused by vent

5、ilation and air-conditioning system is accounted for more than 45%of the total energy consumption in subway station.Trough the analysis,the measures of air supply between large temperature difference and adopting optimized system layout are pro -posed,which can make it possible for obtaining a good

6、effect of energy-saving.Moreover,during operational phase,the dynamic energy-sav -ing is up to 27%78%through using fans and water pump frequency conversion technology in ventilation and air-conditioning system.Key w ords:subway;ventilation and air-conditioning;energy-saving;frequency conversion暖通与设备

7、HEATING VENTILATION &EQUIPMENT建筑节能2010年第4期(总第38卷第230期32运行环境条件;当车站设备管理用房区发生火灾时,小系统能排除烟气或隔断火源、烟气。空调水系统主要由冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔组成。其主要功能为:为车站空调器提供空调冷冻水,满足正常运营时的各种工况的运行时的调节、平衡要求。1.2通风空调系统的能耗分析采用屏蔽门系统的地铁车站空调负荷主要包括:人员负荷、照明负荷、设备负荷、屏蔽门传热、渗透负荷、出入口渗透负荷、新风负荷以及广告、导向牌、指示牌产生的负荷。设备负荷是指自动扶梯、电梯、AFC 系统产生的负荷。空调系统湿负荷主要

8、由人员负荷、维护结构湿负荷组成。为了获得空调系统节能的重点领域,现以武汉4号线某标准车站为例,分析空调系统能耗。车站大系统负荷中,照明、设备、屏蔽门渗透、广告、导向牌、指示牌的负荷可以认为是个定值,人员负荷及新风负荷是个变值。从表1可得前者负荷占总负荷的40.18%,后者负荷占总负荷的42.46%。可见总负荷的变化主要来自于车站客流量的变化。车站小系统负荷中,管理用房设备负荷、人员、照明负荷可以认为是定值,从表2可得这些负荷占总负荷的83.23%。可见小系统负荷变化主要来自新风的变化。根据以上分析,车站客流的变化对空调总负荷变化影响很大。而地铁每日客流的变化幅度非常大,早、晚高峰客流量比较大,

9、时段一般在早上7:00-8:00和下午17:00-18:00,而其他时段客流量相对较少,因此,人员负荷存在很大的波动。以武汉4号线某标准车站为例,客流表见表3。由表3可以看出,初、近期的高峰客流离远期高峰客流有很大差距。计算得初、近期的同时在站人数分别仅为远期的49.5%、63.8%。即初、近期的人员负荷仅为远期人员负荷的50%左右。新风负荷在1d 之内随时发生变化,另外还随季节而变化,因此,新风负荷也是波动的。若空调系统按装机容量运行,势必造成能源的巨大浪费。在客流量远未达到设计额定值,空调系统在小负荷的情况下,如何根据实际负荷需求对风量、水量进行调节,是空调系统节能的关键。2通风空调系统节

10、能策略从空调负荷分析,人员及新风负荷是系统节能的重点,这需要根据实际负荷需求对风量、水量进行调节。从系统运行耗电分析,风机、水泵等输配系统是车站节能的重点,也需要根据车站负荷变化调节风机、水泵等运行状态,降低运行费用。因此,空调系统的节能应综合考虑设计、运行的各个阶段。2.1设计阶段节能策略车站设计时,本专业应积极配合建筑专业,优化风道、房间的布置。风井或机房位置应保证管路通畅,协调减少土建直角弯,最大限度的减少不合理的结构导致车站能耗加大的情况。通风空调系统的设计,应强化节能意识。设计师应充分结合地铁负荷特点,优化系统设置,尽量减小风管直角弯,合理科学选择空调设备,杜绝“大马拉小车”的现象。

11、对于设备管理用房,合理加大送风温差。因送风表1车站大系统负荷分析统计表表2车站小系统负荷分析统计表表3车站客流预测表早高峰预测客流量(7:008:00晚高峰预测客流量(17:0018:0033温差的增大,使送风量大大减小,可节省系统的一次投资费用和运行费用。对于车站变电所及发热量大的电气用房,保证在电气设备空载时不结露的情况下,适当提高送风温差,一般取T1519。2.2运行阶段节能策略由于地铁通风空调系统的设计是根据预测的远期高峰客流运营条件来计算的2,在客流量远未达到设计值时,最有效的节能措施就是采用变频器来调节流量、风量。原理:由于风机、水泵负荷的风量(流量、消耗功率与转速有下述关系:V2

12、/V1=N2/N1(1P2/P1=(N2/N13(2式中:V1和P1分别为N1转速下的风机风量(或水泵流量和消耗功率;V2和P2分别为N2转速下的风机风量(或水泵流量和消耗功率。由公式(1、(2可得:风机风量(或水泵流量与转速成正比,消耗功率与转速的立方成正比。即通过变频装置使风量(或流量减少10%,消耗功率可减少27%;通过变频装置使风量(或流量减少40%,消耗功率可减少78%;设计过程中,空调系统的风机、水泵至少有10%的设计余量,因此,根据风机(水泵负荷变化,在60%90%转速范围内对其进行变频调速,其动态节能可达到27%78%,节能效果显著。同时,使用变频调速控制,变频器的软启动功能将

13、使启动电流从零开始,减轻了对电网的冲击,延长了设备和阀门的使用寿命,节省了设备的维护费用。在空调系统中冷冻水泵和冷却水泵的容量是按照车站最大设计负荷选定的,且留有余量。在实际使用中,空调系统大多处于低负荷运行状态,因此,采用变频器来调节水流量是减少能耗的有效途径。空调冷冻水泵的变频调速采用恒压差控制,可避免各空调系统之间的耦合关系,单个空调系统的调节不会影响其他空调系统。冷冻水泵的控制,采用集水器和分水器之间的旁通阀压差或最不利回路压差作为反馈值来调节冷冻水泵的运行频率。实现方法:首先设定1个压差参数,作为集水器和分水器间旁通阀压差反馈值的参照对象。(1当旁通阀压差反馈值大于设定的压差参数,而

14、此时系统冷冻水流量大于单台冷水机组允许的最小冷冻水流量,则保持关闭压差旁通阀不变,优先对频率进行调节,降低冷冻水泵的运行频率,保持系统压差恒定;(2当系统冷冻水流量降到机组允许的最小流量时,如压差反馈值还大于设定值时,则保持冷冻水泵运行频率不变,开启压差旁通阀,增加旁通阀的开度值,保持分水器和集水器间压差的恒定。如果旁通阀压差反馈值<设定的压差参数,首先保持冷冻泵的运行频率不变,减小旁通阀的开度,当旁通阀开度达到关闭状态时,如压差反馈值还小于设定值,此时增加冷冻泵的运行频率,增加冷冻水的流量,直到旁通阀的压差反馈值等于设定值。夏季最大限度的减小新风负荷,合理利用过渡季节自然冷源是空调系统

15、节能的有效措施。通过以下的运行方式可达到较好的节能目的3。2.2.3.1空调小新风工况当站外空气焓值大于车站空调大系统回风空气焓值时,空调系统采用小新风加一次回风运行。2.2.3.2空调全新风工况当站外空气焓值小于或等于车站空调大系统回风空气焓值,并且站外空气温度大于空调送风温度时,采用全新风空调运行,空调器处理室外新风后送至空调区域,回/排风全部排至车站外。2.2.3.3通风工况当站外空气温度小于空调送风温度时,停止冷水机组运行,外界空气不经处理直接送至空调区域,回/排风则全部排出车站外。3结语通过分析,地铁车站空调系统运行时根据实际负荷需求对风量、水量进行变频控制,以及不同季节采用不同的运行模式